本研究的核心创新在于建立建筑结构的完整矩阵表达体系，实现建筑信息与结构模型的无缝转换，通过将数字信息技术、数学方法与力学理论结合，显著提高了高层钢结构设计的自动化水平。与传统方法相比，该方法具有以下突出优势： 1. 全流程自动化。实现从建筑平面图到结构分析模型的全过程自动化转换，大幅提高设计效率。 2. 高精度建模。基于矩阵化的数据表达，确保结构模型信息的完整性和准确性。 3. 智能决策支持。集成结构计算模型相关的多种信息处理算法，为结构方案设计与优化提供科学依据。 4. 良好扩展性。模块化的系统架构便于功能扩展和定制化开发。 本研究成果将为建筑结构的自动化设计提供完整的技术路线和实施方案。随着建筑行业数字化程度的不断提高，该方法将在智能建造领域发挥更大价值，推动建筑结构设计向智能化、自动化方向迈进。 选取两栋典型建筑进行案例分析：案例1建筑为规则矩形平面结构，案例2建筑为更复杂的Z型平面结构。此类建筑在宿舍楼或办公楼工程实际中极为常见，能够用于验证该方法的可行性和通用性，见建筑平面图及图层信息提取结果图。 案例1与案例2的高度均为36.3米，案例1考虑两个标准层（SS），第一个标准层SS1为1~6层，第二个标准层SS2为7~12层，考虑采用4组结构构件，分别标记为KZ1（SS1中的结构柱）、KZ2（SS2中的结构柱）、HL（横向结构梁）和ZL（纵向结构梁）。 案例2同样考虑两个标准层，SS1为1~7层，SS2为8~12层，每个标准层考虑三组构件（KZ柱、HL横向梁、ZL纵向梁），共计6组构件。相较于案例1，案例2呈现出更为复杂的结构空间复杂度，以及后续用于优化的维度复杂度。两个案例的荷载信息及结构构件的材料特性详见荷载信息及结构构件材料特性表，在后续优化过程中考虑荷载组合下的结构最不利工况。 建筑平面图及图层信息提取结果——案例1 建筑平面图及图层信息提取结果——案例2 荷载信息及结构构件材料特性 建筑平面图信息识别结果见建筑元素中心线提取结果图、区域语义分割结果图、建筑区域连通关系图。由此可见，基于专家经验，可实现从建筑二维CAD平面图自动读取建筑相关信息，此类配置合理，满足建筑功能需求，可为结构计算模型的生成提供基础数据。 建筑元素中心线提取结果——案例1 建筑元素中心线提取结果——案例2 区域语义分割结果——案例1 区域语义分割结果——案例2 建筑区域连通关系——案例1 建筑区域连通关系——案例2 在两个案例中，区域连通关系图成功生成，其中，顶点代表区域编号，这些编号取自区域边界矩阵，黑色边线则表示相邻区域通过门洞形成的连通关系。例如，案例1中，客厅（#2）与卧室（#6和#13）、卫生间（#16）、厨房（#11）及走廊（#7）相连通，建筑区域被准确识别。在案例2中同样可观察到类似的结果。 为评估房间划分有效性与楼面荷载分布准确性，采用精确率和召回率进行评估，其定义如下： 式中，TP、FP 和FN分别为真阳性、假阳性与假阴性的数量。 下表展示了包含墙体、门窗洞口、建筑区域及楼面荷载分布的参数化建模结果。在两个案例中，所有建筑元素提取、封闭区域识别以及楼面荷载布置的精确率和召回率均达100%，结果表明建筑构件检测、建筑区域分割及楼面荷载分布的准确率均为100%。该参数化建模过程仅耗时约8秒。 结构平面图及荷载布置结果——案例1 结构平面图及荷载布置结果——案例2 结构计算模型生成结果——案例1 结构计算模型生成结果——案例2 结构平面图及荷载布置结果图与结构计算模型生成结果图展示了两个案例的参数化建模结果。不同的楼面荷载数值根据楼板的饰面工艺和房间功能确定。例如，在案例1中，通过加权求和法，将5.18 kN/m²的恒荷载与2.00 kN/m²的活荷载施加于#7区域。在结构计算模型中，钢构件包括梁柱的布局与结构平面布置完全一致，且结构梁柱连接均有效建立，荷载包括作用于结构梁上的均布线荷载以及作用于梁柱节点的等效水平荷载均有效施加。根据自动划分的标准层和规定的构件分类规则，结构模型共包括KZ1、KZ2、HL、ZL四类构件类型，即标准层1结构柱、标准层2结构柱、纵向梁、横向梁，由此，设计构件总数从847个减少至4类，这对优化设计极为有利。由此可见，得到的参数化结构模型可用于后续的结构分析与优化工作。 相关文章：
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